DE4205204A1 - Verfahren zum betrieb eines schaltschuetzes und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Schaltschützes, dessen bewegliche Schaltbrücke mit einem fern­ gesteuerten Magnetantrieb versehen ist.

Schaltkontakte von Schaltern, insbesondere von Schaltschützen, neigen bekanntlich zum Verschweißen, wenn sie unter starker Last geschlossen werden müssen. Dadurch wird die spätere Kon­ takttrennung behindert und die Funktionsfähigkeit dieser Schalter entsprechend beeinträchtigt. Ursache dieses uner­ wünschten Effektes sind Lichtbögen, die bei verhältnismäßig kleinen Kontaktabständen zünden, insbesondere wiederholt neu zünden, und zu einer Kontaktverschweißung führen können, wenn die Kontakte besonders bei hohen Stromstärken, insbesondere im Kurzschlußfall, beim Schließen prellen.

Bei genügend hohen Kurzschlußströmen treten Lichtbögen zwi­ schen den durch dynamische Kräfte öffnenden Kontakten auf. Obwohl die Kurzschlußauswirkungen im allgemeinen durch in Reihe geschaltete Leistungsschalter oder Sicherungen begrenzt werden, kann es beim Wiederschließen der Schützkontakte unter der Wirkung der Kontaktkraft zu einer dauernden Verschweißung der Kontaktauflageflächen kommen. Nach einem Kurzschluß sollen aber sowohl das Schaltschütz als auch der Leistungsschalter ohne weitere Maßnahmen wieder betriebsbereit sein.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Schalt­ schütz, das mit Mitteln zur Kurzschlußabschaltung in Reihe ge­ schaltet ist, so zu betreiben, daß ein Verschweißen der Kon­ takte im Kurzschlußfall verhindert wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im Kurzschlußfall nach einem Öffnen der Kontakte durch die dyna­ mischen Kräfte des Kurzschlußstromes die Kontaktbewegung ge­ hemmt wird. Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens kann beispielsweise darin bestehen, daß für den beweglichen Kontakt, beispielsweise eine Schaltbrücke, eine elektromagne­ tische Hemmvorrichtung vorgesehen ist, die zwischen der Schaltbrücke und einem ruhenden Kontaktträger vom Kurzschluß­ strom gesteuerte Reibungskräfte erzeugt, welche die Bewegung der Schaltbrücke nach dem Öffnen der Kontakte verzögert.

In einer besonderen Ausführungsform der Anordnung zur Durch­ führung des Verfahrens kann die Hemmvorrichtung einen Magnet­ kreis mit einem Magnetanker und einem Magnetjoch enthalten, das mit schwenkbaren Jochschenkeln versehen ist, deren Enden mit dem Magnetanker wenigstens einen Luftspalt bilden. Der Ma­ gnetanker kann entweder mit der Schaltbrücke, oder mit dem Fe­ derbügel der Schaltbrücke fest verbunden sein, während das Ma­ gnetjoch am Brückenträger befestigt ist. Dieser Magnetkreis wird dann so ausgelegt, daß der Kurzschlußstrom im Magnetkreis ein magnetisches Feld erzeugt, dessen Magnetkraft die Joch­ schenkel bewegt und den Luftspalt schließt und dadurch eine ausreichende Reibungskraft zwischen dem Magnetanker und den Jochschenkeln erzeugt. Diese Reibungskraft verzögert dann die Bewegung der Schaltbrücke.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 ein Schaltschütz mit einer Schaltbrücke und einem Magnetantrieb in bekannter Bauweise dargestellt ist. Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung als perspektivische Ansicht.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 enthält ein Schaltschütz eine Kontaktanordnung 2 mit zwei festen Kontakten 4 und 6 so­ wie zwei beweglichen Kontakten 5 und 7, die über eine Schalt­ brücke 8 miteinander verbunden sind. Für die Bewegung der Schaltbrücke 8 ist ein Magnetantrieb 10 vorgesehen, der im wesentlichen aus einem ruhenden Magnetjoch 11, einer Magnet­ spule 12 und einem beweglichen Magnetanker 13 besteht. Die Bewegung des Magnetankers 13 wird auf die Schaltbrücke 8 über­ tragen. Zu diesem Zweck ist am Magnetanker 13 ein Brückenträ­ ger 15 befestigt, der über einen Federbügel 16 mit der Kon­ taktbrücke 8 kraftschlüssig verbunden ist. Der Federbügel 16 enthält eine Kontaktfeder 17, deren Federkraft als Kontakt­ kraft für die beweglichen Kontakte 5 und 7 dient und die zwi­ schen dem unteren Ende des Federbügels 16 und einem Gegenlager 18 eingespannt ist. Die Kontaktbrücke 8 ist zwischen der Stirnfläche des Brückenträgers 15 und dem Federbügel 16 der­ art eingespannt, daß seine Enden mit den beweglichen Kontakten 5 und 7 eine geringe Schwenkbewegung ausführen können. Mit ei­ nem Schaltimpuls auf die Magnetspule 12, beispielsweise durch einen Schaltbefehl einer Fernsteuerung, wird der Magnetanker 13 und damit die Kontaktbrücke 8 angezogen und die Kontakte 4 und 5 sowie 6 und 7 geschlossen.

Gemäß Fig. 2 kann dieses Schaltschütz nun mit einer elektro­ magnetischen Hemmvorrichtung 20 versehen sein, die der Kon­ taktbrücke 8 mit den beweglichen Kontakten 5 und 7 zugeordnet ist. Diese Hemmvorrichtung 20 besteht im wesentlichen aus ei­ nem Magnetjoch 22, das auf dem Brückenträger 15 befestigt ist, sowie zwei schwenkbaren Jochschenkeln 24 und 25, die jeweils um eine Drehachse 26 bzw. 27 schwenkbar gelagert sind, und einem zwischen den Enden der Jochschenkel 24 und 25 beweglich angeordneten Magnetanker 28, dessen Bewegung mit der Schalt­ brücke 8 gekoppelt ist und der zu diesem Zweck beispielsweise mit dem Federbügel 16 verbunden sein kann.

Der Magnetanker 28 ist zwischen den Jochschenkeln 24 und 25 derart eingepaßt, daß sie an den Stirnflächen des Magnetankers 28 entweder ohne wesentlichen Druck anliegen oder daß durch einen geringen Abstand jeweils ein Luftspalt 30 und 31 gebil­ det wird.

Sobald im Kurzschlußfall die Schaltbrücke 8 unter der Wirkung der dynamischen Kräfte mit ihren beweglichen Kontakten 5 und 7 von den ruhenden Kontakten 4 und 6 abhebt, wird durch den durch die Brücke 8 fließenden Kurzschlußstrom im Magnetkreis der Hemmvorrichtung 20 ein Magnetfeld induziert, dessen Ma­ gnetkraft die Jochschenkel in der durch nicht näher bezeich­ nete Pfeile angedeuteten Richtung schwenkt und auf die Stirn­ flächen des Magnetankers 28 preßt. Die entstehenden Reibungs­ kräfte wirken hemmend sowohl auf die Öffnungsbewegung als auch auf eine Schließbewegung der Schaltbrücke 8. Das Wiederschlie­ ßen der Kontakte 4 und 5 sowie 6 und 7 wird somit entsprechend verzögert.

Im Nennbetrieb des Schaltschützes und somit im nichtmagneti­ sierten Zustand der Hemmvorrichtung 20 können die Luftspalte 30 und 31 zwischen dem Magnetanker 28 und den Jochschenkeln 24 bzw. 25 beispielsweise jeweils etwa 1 bis 2 mm betragen. Im Kurzschlußfall schließen die Jochschenkel 24 und 25 innerhalb etwa 0,5 bis 1,5 ms und der Magnetanker 28 haftet mit seinen Stirnflächen an den Enden der Jochschenkel 24 und 25. Mit einem Magnetfeld von beispielsweise B=1,8 T sowie einem Querschnitt des Magnetankers 28 von beispielsweise Q=27 mm² erhält man eine maximale Anpreßkraft von etwa 35 N auf beiden Ankerstirnflächen. Die resultierende Reibungskraft an den Stirnflächen des Magnetankers 28 verzögert das Öffnen und Schließen der Kontaktbrücke 8 im Kurzschlußfall.

Der Magnetkreis der Hemmvorrichtung ist nun so bemessen, daß bei geschlossenen Luftspalten 30 und 31 und voller Magneti­ sierung von Anker 28 und Joch 22, beispielsweise mit einer In­ duktion B=1,8 T, die Reibungskraft zwischen dem Anker 28 und den Jochschenkeln 24 und 25 annähernd gleich oder größer ist als die Federkraft der Kontaktfeder 17 auf die Schaltbrücke 8. Bei einer Anpreßkraft der Jochschenkel von beispielsweise 35 N auf beide Ankerstirnflächen, ergibt sich mit einem Reibungs­ faktor 0,2 für Stahl gegen Stahl eine Reibunskraft von 14 N. Diese Reibungskraft reicht aus, um die Bewegung der Schalt­ brücke gegen die Kraftwirkung einer Kontaktfeder mit 14 N Kon­ taktkraft zu hemmen.

Für vorgegebene Ankerluftspalte 30 und 31 und Fesselkräfte der Druckfedern 32 und 33 an den Jochschenkeln 24 und 25 kann die Hemmung der Bewegung der Schaltbrücke zeitlich verzögert zum Anstieg eines Kurzschlußstromes erfolgen. Dadurch können die Kontakte 5 und 7 nach Beginn des Kurzschlusses einen geringen Öffnungsweg von beispielsweise 0,5-1 mm einnehmen, bevor die Hemmkraft wirksam wird, so daß das Wiederschließen der Schalt­ brücke 8 nach Stromnull um die benötigte Schließzeit verzögert wird.

An einem Schaltschütz mit den vorbezeichneten Daten ohne die Gestaltungsmerkmale gemäß der Erfindung kann beispielsweise ein Kurzschlußstrom mit einem Scheitelwert von etwa 6 kA und einer Stromflußzeit von 10 ms beim Schließen der Kontaktbrücke 4 zu einem dauerhaften Verschweißen der Kontakte 4 bis 7 füh­ ren.

Dagegen tritt bei dem gleichen Schütz, dessen Kontaktbrücke 8 mit der Hemmvorrichtung 20 versehen ist, bei einem Kurzschluß­ strom mit einem Scheitelwert von beispielsweise 15 kA und ei­ nem Wiederschließen der Brückenkontakte nach verzögerter Be­ wegung der Kontaktbrücke 8 ein Verschweißen der Kontakte 4 bis 7 noch nicht ein. Die Bewegungsmechanik der Kontaktbrücke 8 und die Hemmvorrichtung 20 bleibt bei solchen Kurzschlußströ­ men voll funktionsfähig.

In einer besonderen Ausführungsform können die Jochschenkel 24 und 25 in ihrer Längsrichtung, d. h. in der Richtung vom Ma­ gnetjoch 22 zum Magnetanker 28, geteilt sein, wie es in Fig. 2 angedeutet ist. Durch die Teilung, gegebenenfalls mehrfache Teilung, erfolgt die kraftschlüssige Berührung zwischen den Jochschenkeln 24 und 25 und dem Magnetanker 28 in wenigstens vier Punkten, so daß die resultierende Reibungskraft zwischen Anker und Jochschenkeln wenigstens annähernd in die Wirkungs­ linie der Kontaktkraft fällt und ein die Schließbewegung der Schaltbrücke beeinflussendes Drehmoment nicht auftreten kann. Dadurch unterstützt die Hemmvorrichtung 20 ein Offenhalten der Schaltbrücke 8 auf beiden Kontaktseiten.

Eine besonders vorteilhafte weitere Ausführungsform, die so­ wohl das Verschweißproblem wie auch das Bogenlöschverhalten im positiven Sinn beeinflußt, besteht darin, daß U-förmige Blas­ bleche 34 und 35 in der Löschkammer angeordnet sind, die je­ weils einer der Kontaktstellen an einem der beweglichen Kon­ takte 5 bzw. 7 zugeordnet sind. Im Kurzschlußfall unterstützt das Magnetfeld der Blasbleche 34 und 35 die dynamische Öff­ nungsbewegung der Kontaktbrücke 8, so daß bei gebremster Schließung die Berührung der Kontakte 4 und 5 sowie 6 und 7 später erfolgt und die Gefahr einer Verschweißung zusätzlich reduziert ist.

Die Stellung der Jochschenkel kann, solange nicht die Magnet­ kraft die Berührung zwischen Jochschenkeln und Ankerstirnflä­ chen herstellt, mittels Druckfedern 32 und 33 vorgegeben wer­ den, die in entsprechenden Ausnehmungen des Magnetjoches 22 und gegebenenfalls des Brückenträgers 15 angeordnet sein können, was in der Figur lediglich schematisch angedeutet ist.

Stromzuführungen der festen Kontakte 4 und 6 sind in Fig. 2 teilweise dargestellt und mit 36 bzw. 37 bezeichnet.

Claims (5)

1. Verfahren zum Betrieb eines Schaltschützes, dessen bewegli­ che Kontaktbrücke mit einem Magnetantrieb versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Kurz­ schlußfall nach einem Öffnen der Kontakte (4 bis 7) durch vom Kurzschlußstrom erzeugte Magnetkräfte die Kontaktbewegung gehemmt wird.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die beweglichen Kontakte (5, 7) eine elektromagnetische Hemmrich­ tung (20) vorgesehen ist, die wenigstens mittelbar zwischen der Schaltbrücke (8) und dem Magnetantrieb (10) vom Kurz­ schlußstrom gesteuerte Reibungskräfte erzeugt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hemmvorrichtung (20) einen Magnet­ kreis mit einem Magnetanker (28), der mit der Bewegung der Schaltbrücke (8) gekoppelt ist, und einem Magnetjoch (22) enthält, das mit dem Magnetantrieb (10) in Antriebsverbindung steht und mit schwenkbaren Jochschenkeln (24, 25) versehen ist, deren Enden mit dem Magnetanker (28) wenigstens einen Luftspalt (30, 31) bilden.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Jochschenkel (24, 25) in ihrer Längsrichtung geteilt sind.

5. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß den Kontakten (4, 5; 6, 7) jeweils ein U-förmiges Blasblech (34 bzw. 35) zugeordnet ist.